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目的:细胞能量代谢异常导致心肌细胞肥大是糖尿病心肌病(DCM,Diabetic Cardiomyopathy)患者的心功能障碍的重要因素。线粒体分裂与融合异常导致其动力学失衡,是糖尿病细胞能量代谢异常的主要环节。目前,DCM心肌组织线粒体动力相关蛋白(Drp1,Dynamic-related protein1)磷酸化水平变化,可导致线粒体动力学失衡,但其机制不明。我们的前期研究发现,心肌细胞Ca2+信号通路调控异常促进DCM的发生发展,而Orai1钙通道是心肌细胞Ca2+内流增加的重要途径。本研究拟探讨Orai1钙信号能否通过调控Drp1磷酸化水平从而诱导DCM心肌细胞线粒体动力学异常。方法:(1)通过高脂饮食建立2型糖尿病大鼠模型,超声检测其心功能指标;(2)用含33 mmol/L高糖(HG,High glucose)的培养基培养乳大鼠原代心肌细胞(NRCMs,Neonatal rat cardiomyocytes),建立 DCM 细胞模型;(3)采用 WGA 染色测定NRCMs表面积;采用钙离子指示剂Fluo4/AM负载NRCMs,测定胞内钙离子浓度变化;通过Mito-Tracker染色,检测NRCMs线粒体形态;采用JC-1探针,检测NRCMs线粒体膜电位变化;(4)用western blot检测2型糖尿病大鼠心室组织及NRCMs中肥大相关蛋白心房钠尿肽(ANP,Atrial Natriuretic Peptide)和β-肌球蛋白重链(β-NHC,β-Myosin Heavy Chain)、线粒体分裂相关蛋白Drp1及其磷酸化蛋白、线粒体融合蛋白(Mfn2,Mitofusin2)和视神经萎缩蛋白(Opa1,Optic atrophy1)、钙释放激活钙通道蛋白 1(Orai1,Calcium release-activated calcium Channel protein 1)及下游细胞外调节蛋白激酶(ERK1/2,Extracellular signal-Regulated Kinase1/2)和钙调磷酸酶A(CnA,Calcineurin A)的表达水平。结果:(1)在2型糖尿病动物模型中,ZDF大鼠血糖水平明显升高;超声结果显示心脏舒张功能减弱,心室壁增厚;心室组织肥大相关蛋白ANP、β-MHC表达增高。在发生肥厚的ZDF大鼠心室组织中,Orai1、CnA和p-ERK1/2的蛋白表达水平显著升高;Drp1激活,即p-Drp1S616表达增加而p-Drp1S637表达减少;线粒体融合相关蛋白Opa1和Mfn2的表达降低。(2)在DCM细胞模型中,HG诱导的NRCMs表面积增加,线粒体形态碎片化,线粒体膜电位降低,ANP和β-MHC蛋白表达明显升高;线粒体分裂相关蛋白Drp1激活,p-Drp1S616表达上调而p-Drp1S637表达下调;线粒体融合相关蛋白Opa1和Mfn2表达降低;Orai1蛋白表达增加,Orai1介导的Ca2+内流增加。(3)在DCM细胞模型中,线粒体分裂抑制剂1(Mdivi-1,Mitochondrial Division Inhibitor 1)抑制高糖诱导心肌细胞表面积增加、抑制ANP和β-MHC表达增加;Mdivi-1通过调控Drp1磷酸化,改善高糖诱导的线粒体形态和功能异常;Orai1通道抑制剂BTP2通过调控Drp1磷酸化,抑制高糖诱导的线粒体分裂,降低高糖诱导的ANP和β-MHC、及CnA和p-ERK1/2的蛋白表达;p-ERK1/2抑制剂U0126明显抑制高糖诱导的心肌细胞肥大,抑制p-Drp1S616位点磷酸化,降低线粒体分裂;CnA抑制剂环孢酶素A(CsA,Cyclosporin A)明显抑制高糖诱导的ANP表达上调,促进p-Drp1S637位点磷酸化,降低线粒体分裂;下调Orai1表达,可降低高糖诱导的p-Drp1S616表达,升高p-Drp1S637表达而抑制Drp1依赖的线粒体分裂,进而抑制ANP和β-MHC的表达。结论:本研究揭示了高糖诱导心脏肥大和功能障碍的新机制。高糖促进Orai1介导的Ca2+内流,激活下游CnA/ERK通路,调控Drp1磷酸化,从而促进Drp1依赖的线粒体分裂,导致心肌细胞肥大。因此,Orai1-Drp1信号通路可能是高糖引起心肌肥厚的关键环节,也是潜在的治疗靶点。